(57)【要約】      （修正有）【課題】走査型電子顕微鏡において試料のチャージを防止する。【解決手段】  イオン生成器１１でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスをガス導入管１６で、試料上の電子ビームを照射しつつ平面走査する領域に導入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡のチャージ防止装置において、
ガスをイオン化するイオン生成器と、
前記イオン生成器で生成されたイオンを含むガスを、試料の電子線ビームを細く絞って照射しつつ平面走査する近傍に吹き付けるガス導入管と
を備えたことを特徴とするチャージ防止装置。
【請求項２】
前記イオン生成器で生成された正のイオンおよび負のイオンのいずれか一方を抽出する、正の電圧あるいは負の電圧を印加するイオン抽出器を備え、抽出した正のイオンあるいは負のイオンを含むガスを前記ガス導入管によって試料に吹き付けることを特徴とする請求項１記載のチャージ防止装置。
【請求項３】
前記ガスをイオン化するとして、ガスにＵＶ光を照射、あるいは軟Ｘ線、あるいはガスに高周波電力を供給、あるいはガスを共振器内に導入してイオン化することを特徴とする請求項１あるいは請求項２記載のチャージ防止装置。
【請求項４】
前記イオン化されたイオンの量の調整を、前記励起源であるＵＶ光、軟Ｘ線、高周波電力、共振器への供給電力で調整、あるいはガスの供給量で調整、あるいは両者で調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のチャージ防止装置。
【請求項５】
電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡のチャージ防止方法において、
ガスをイオン化するイオン生成器と、
イオンを含むガスを、試料に吹き付けるガス導入管とを設け、
前記イオン生成器で生成されたイオンを含むガスを、前記ガス導入管によって電子線ビームを細く絞って照射しつつ平面走査する近傍に吹き付けてチャージを中和することを特徴とするチャージ防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、放出された２次電子あるいは反射された反射電子を検出して画像を生成する走査型電子顕微鏡のチャージ防止装置およびチャージ防止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、加速した電子線ビームを細く絞って試料に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子や反射された反射電子を検出して画像（２次電子画像、反射電子画像）を生成し、当該画像上でパターンの線幅の測定や異物の検出や欠陥の検出などの検査が行われている。
【０００３】
この際、検査対象の試料（例えば半導体を作成するマスク、ウェハなどの試料）がチャージして画像がドリフトして正確に試料上のパターンの測長が困難となる。これを防止するために、試料上の電子線ビームを照射しつつ平面走査している近傍にガスを導入すると同時に紫外線を照射して当該チャージを中和することが行われていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したように、試料上の電子ビームを照射しつつ平面走査している近傍にガスを導入した状態で、紫外線を照射して当該ガスをイオン化して中和するには、ガスを導入する機構と、紫外線ランプからの光を導入する機構とが必要となってしまい、構造が複雑になってしまうと共に、強度の強い紫外線を試料の近傍に導入し難いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、これらの問題を解決するため、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入するようにしている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入することにより、電子線ビームによるチャージ（負あるいは正のチャージ）を中和することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入し、電子線ビームによるチャージ（負あるいは正のチャージ）を中和することを実現した。
【実施例１】
【０００８】
図１は、本発明の１実施例構成図を示す。図１は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）１のコラム（鏡筒）２および試料室８の要部を模式的に記載したものである。
【０００９】
図１において、コラム（鏡筒）２は、電子線ビーム３を発生して細く絞り、試料（マスク）９上に照射しつつ平面走査するための各種機能を持たせたものであって、ここでは、電子銃４、対物レンズ５、２次電子検出器６、および反射電子検出器７などから構成されるものである。
【００１０】
電子線ビーム３は、電子銃４によって発生され、図示外の集束レンズで集束し、対物レンズ５で細く絞って試料９上に照射しつつ図示外の偏向系で平面走査するものである。
【００１１】
電子銃４は、電子線ビーム３を発生させるものである。
対物レンズ５は、電子銃４で発生された電子線ビーム３を図示外の集束レンズで集束した後、細く絞って試料９の上に照射するものである。
【００１２】
２次電子検出器６は、試料９上に電子線ビームを細く絞った照射したときに放出された２次電子を集束して検出し、いわゆる２次電子像を生成するためのものである。
【００１３】
反射電子検出器７は、試料９上に電子線ビームを細く絞った照射したときに反射された反射電子を検出し、いわゆる反射電子像を生成するためのものである。
【００１４】
試料室８は、試料（マスク）９などを収納する真空の部屋である。
マスク（試料）９は、観察対象の試料であって、例えば半導体のマスクである。
【００１５】
排気系１０は、試料室８を真空排気するポンプである。
イオン生成器１１は、ガスをイオン化するものである（図４参照）。
【００１６】
ＵＶ光１２は、ここでは、イオン生成器１１内のガスにＵＶ光を照射し、当該ガスをイオン化（正イオン、負イオン）にするための励起源（ＵＶ光用のランプ）である。
【００１７】
ガス弁１３は、イオン生成器１１に供給するガス量（ガス流入量）を適量に調整するものである。
【００１８】
イオン抽出器１４は、イオン極性制御手段１５からの正あるいは負の数十から数百ボルトの直流電圧を印加し、イオン生成器１１で生成された正あるいは負のイオンから所望のイオン（正あるいは負のイオン）のみを抽出するものである。抽出した正あるいは負のイオンを含むガスは、ガス導入管１６を経由して試料９の観察領域の近傍に噴射する。ここで、電子線ビーム３を試料（マスク）９に照射しつつ平面走査したときに当該試料（マスク）９の部分が電子を逃がさない例えば絶縁性の場合には、入射する電子線ビーム３の量と、２次電子、反射電子、イオンなどの荷電粒子が放出される量との差引が負になるときは当該試料（マスク）９の観察部分が負にチャージし、差引が正になるときは当該試料（マスク）の観察部分が正にチャージすることになると考えられるので、正のイオンあるいは負のイオンを含むガスのいずれかを抽出して試料（マスク）９に吹き付け、チャージを中和するようにしている。
【００１９】
ガス導入管１６は、イオンを含むガスを、試料９の観察領域の近傍に噴射し、試料９の上のチャージおよびその近傍のチャージを中和させるためのものである。
【００２０】
次に、図２のフローチャートの順番に従い、図１の構成の動作を詳細に説明する。
図２は、本発明の動作説明フローチャートを示す。
【００２１】
図２において、Ｓ１は、試料（マスク）９をステージにセットする。これは、図１の図示外の予備排気室内で試料（マスク）９を予備排気し、当該予備排気室と試料室８との間の弁を開き、図示外のロボットアームで試料（マスク）９を図示外のステージにセットし、図１の状態にする。
【００２２】
Ｓ２は、ＳＥＭ像を観察する。これは、Ｓ１で図示の状態に試料（マスク）９をセットした後、電子線ビーム３を細く絞って試料（マスク）９の観察領域に照射しつつ図示外の偏向系で平面走査し、そのときに試料（マスク）９から放出された、ここでは、２次電子を２次電子検出器６で集束、検出、増幅し、図示外の表示装置の画面上に２次電子像（ＳＥＭ像）を表示し、当該ＳＥＭ像を観察すると共に、必要に応じてＳＥＭ像上のパターンの線幅の測長などの検査を行う。
【００２３】
Ｓ３は、像は安定しているか判別する。これは、Ｓ２で表示装置上に表示した画像が安定してドリフトなどのチャージによる像移動が生じていないか判別する。ＹＥＳの場合には、チャージによるドリフトなどが生じていなく正常と判明したので、ここでは、終了する。一方、Ｓ３のＮＯの場合には、チャージによるドリフトなどが発生していていると判明したので、Ｓ４でイオン生成器をＯＮにする。これにより、後述する図３のフローチャートに従い、図４のイオン生成器１１からイオンを含むガスがガス導入管１６から試料（マスク）９の観察領域の近傍に噴射され、試料９の上あるいは近傍のチャージを中和し、チャージによるドリフトなどを無くすことが可能となる。そして、Ｓ３を繰り返す。
【００２４】
以上によって、試料（マスク）９をステージにセットし、電子線ビーム３を当該試料に照射しつつ平面走査し、そのときに放出された２次電子（あるいは反射された反射電子）を検出器で検出して画像を表示し、当該画像がドリフトなどしてチャージの発生と判明したときにイオン生成器１１をＯＮにし、イオン化したイオンを含むガスをガス導入管１６から試料９の観察領域の近傍に吹きつけてチャージを中和し、画像のドリフトなどを防止することが可能となる。
【００２５】
図３は、本発明の動作説明フローチャート（イオン生成）を示す。これは、既述した図２のＳ４のイオン生成器をＯＮにしたときの動作を詳細に説明するものである。
【００２６】
図３において、Ｓ１１は、ガスを導入する。これは、図１のガス弁１３を開にして所定ガス流量に調整し、イオン生成器１１内にガス（例えば右側に記載したように、窒素、酸素、アルゴンなどのガス）を導入する。
【００２７】
Ｓ１２は、ＵＶ光をＯＮする。これは、図１で、イオン生成器１１にガスを所定流量で導入した状態で、ＵＶ光をＯＮ（例えばＵＶ光を放出するランプの電源をＯＮ）にし、ＵＶ光でイオン生成器１１内のガスを励起し、正イオンおよび負イオンを発生させる。
【００２８】
Ｓ１３は、イオン（＋−）極性制御手段１５をＯＮにする。これは、図１のイオン極性制御手段１５をＯＮにし、イオン生成器１１で生成された正イオンおよび負イオンのうち、指定された正イオンあるいは負イオンを抽出するための電圧（数十Ｖから数百Ｖの直流電圧であって、例えば正イオンを抽出するときは正の電圧をイオン抽出器１４（あるいは更にイオン生成器１１）に印加して当該イオン抽出器１４を形成する抽出電極などで負のイオンを除却して正のイオンを含むガスを、図１のガス導入管１６を経由して試料９の観察領域の近傍に吹き付ける。また、イオン抽出器１４を形成する中心に穴の空いた抽出電極に負の電圧を印加し、イオン生成器１１で生成された正のイオンを加速し、一方、負のイオンは阻止して当該抽出電極を通過した正のイオンを含むガスを、ガス導入管１６を経由して試料９の観察領域の近傍に吹き付けるようにしてもよい。
【００２９】
Ｓ１４は、像のドリフトは静止したか判別する。これは、試料９あるいは当該試料９の近傍のチャージによる画像のドリフトが、Ｓ１３で正あるいは負のイオンを含むガスを当該試料９の観察領域の近傍に吹き付けたことで無くなった（静止した）か判別する。像のドリフトは、特定のパターン（あるいは観察中のパターン）が一定時間に所定距離以上移動するか否かで判定する。ＹＥＳの場合には、画像のドリフトが無くなったので、ここでは、終了する。一方、ＮＯの場合には、Ｓ１３でイオンを含むガスを試料９の観察領域の近傍に吹き付けても画像のドリフトが止まらなかったので、Ｓ１５でガス量を増やし（ガス弁１３によりガス流入量を所定量増やし（あるいはＵＶ光、高周波パワー（励起源のパワー）を所定量増やし）、Ｓ１４以降を繰り返し、チャージを中和できる量のガス量（あるいは励起源のＵＶ光、高周波パワーの量）に調整する。尚、ガス量が所定流量（最大ガス量）を越えたとき（あるいはＵＶ光、高周波パターが最大パワーを越えたとき）はチャージ量が大きすぎて中和できないと判明したので、エラーメッセージ（例えば「最大ガス流量を流し（あるいは最大ＵＶ光、高周波パワーを供給）してもチャージなどによる画像のドリフトを止めることができません」）を表示し、ガス（あるいはパワー）の供給を停止する。
【００３０】
以上によって、試料（マスク）９の画像を観察中に、チャージによる画像のドリフトなどが発生したときに（あるいは操作者が手動で指令したときに）、イオン生成器１１をＯＮにして所定ガス量を供給してイオン生成器１１でイオン化し、必要に応じてイオン極性制御手段１５によって抽出した正のイオンあるいは負のイオンを含むガス（イオン極性制御手段１５をＯＮとしないときは正のイオンと負のイオンの両者を含むをガス）を、ガス導入管１６を経由して試料（マスク）９の観察領域の近傍に吹き付けることにより、チャージを中和し、チャージによる画像のドリフトなどを無くすことが可能となる。
【００３１】
図４は、本発明のイオン生成器１１を示す。図１では、イオン生成器１１の励起源として、ＵＶ光（ＵＶ光を放出するランプ）１２を使用したが、ここでは、他の高周波電源（高周波電圧）、共振器（超高周波共振器）を用いる例を、図４の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ示す。他に、軟Ｘ線をガスに照射して当該ガスをイオン化（正のイオン、負のイオン）してもよい。
【００３２】
図４の（ａ）は、イオン生成器１１の励起源として高周波電源（高周波電圧）を用いる場合の模式図を示す。絶縁体（例えば耐熱性のガラス）２１で円筒状に作成し、図では右からガスを図１のガス弁１５で流量を調整して供給し、中央で高周波電源（高周波電圧）２２でガラスの円筒状の内部のガスを励起して正のイオンおよび負のイオンを生成し、左側のイオン抽出器１４にイオン極性制御手段１５からの正あるいは負の電圧を印加し、負のイオンあるいは正のイオンを抽出し、当該抽出したイオンを含むガスを左側から、更に図１のガス導入管１６を経由して試料９の観察領域の近傍に吹きつけ、試料９およびその近傍のチャージを中和する。
【００３３】
図４の（ｂ）は、イオン生成器１１の励起源として共振器（マグネトロンなどの超高周波の共振器）を用いる場合の模式図を示す。
【００３４】
図４の（ｂ−１）において、図では右からガスを図１のガス弁１５で流量を調整して共振器に供給し、当該共振器で内部のガスを励起して正のイオンおよび負のイオンを生成し、左側のイオン抽出器１４にイオン極性制御手段１５からの正あるいは負の電圧を印加し、負のイオンあるいは正のイオンを抽出し、当該抽出したイオンを含むガスを左側から、更に図１のガス導入管１６を経由して試料９の観察領域の近傍に吹きつけ、試料９およびその近傍のチャージを中和する。
【００３５】
図４の（ｂ−２）は、イオン生成器１１で生成されたイオンを含むガスをガス導入管１５を経由してマスク（試料）９の観察領域の近傍に吹き付ける様子を示す。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、イオン生成器でガスをイオン化した後に、イオンを含むガスを導入管で試料上の電子線ビームを照射してつつ平面走査する領域に導入し、電子線ビームによるチャージ（負あるいは正のチャージ）を中和することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の１実施例構成図である。
【図２】本発明の動作説明フローチャートである。
【図３】本発明の動作説明フローチャート（イオン生成）である。
【図４】本発明のイオン生成器である。
【符号の説明】
【００３８】
１：ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
２：コラム
３：電子線ビーム
４：電子銃
５：対物レンズ
６：２次電子検出器
７：反射電子検出器
８：試料室
９：試料（マスク）
１０：排気系
１１：イオン生成器
１２：ＵＶ光
１３：ガス弁
１４：イオン抽出器
１５：イオン極性制御手段
１６：ガス導入管
２１：絶縁体
２２：高周波電源
３１：共振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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